세포사멸 차이 없는데 ‘미니 뇌’ 최대 35% 작아졌다

사람 줄기세포로 만든 대뇌 오가노이드에 GenX 10·100μM 지속 노출

신경세포 55.6%·성상교세포 82.7% 감소…시냅스·전기활동도 저하

독성연구소, 동물대체시험법 활용 가능성 제시

GenX 발달독성 규명 KIT 연구진 ⓒ국가독성과학연구소

과불화화합물(PFAS) 대체물질인 GenX에 지속 노출한 사람 유래 ‘미니 뇌’의 크기가 최대 35% 줄고 신경전구세포 증식과 신경망 형성도 저해됐다는 연구 결과가 나왔다.

국가독성과학연구소는 융합독성연구센터 가민한 박사 등 연구진이 사람 줄기세포로 만든 대뇌 오가노이드로 GenX의 발달신경독성을 규명했다고 12일 밝혔다.

PFAS는 발수·발유 성능 때문에 산업과 생활제품에 널리 사용돼 왔다. 환경에서 잘 분해되지 않고 체내에 축적되는 특성 때문에 세계적으로 규제가 강화되고 있다.

GenX는 기존 PFAS인 PFOA 등을 대체하기 위해 개발된 같은 계열 물질이다. 주로 제조시설에서 배출돼 하천·지하수·토양·대기 등을 오염시키고, 오염된 식수와 농축수산물 섭취 등을 통해 인체에 간접 노출될 수 있다.

연구진은 H9 인간 배아줄기세포로 대뇌 오가노이드를 자체 제작했다. 신경세포 확장기부터 성숙기까지 GenX 10μM과 100μM을 지속적으로 노출한 뒤 형태와 세포, 시냅스, 전기생리, 전사체 변화를 분석했다. 연구진은 오가노이드가 작아진 원인을 처음에는 세포사멸로 추정했다. 세포사멸 분석에서는 유의한 차이가 없었다.

뇌실대의 면적과 직경은 줄었고 증식성 신경전구세포는 최대 26% 감소했다. 배양 40일째에는 신경세포가 55.6%, 성상교세포가 82.7%, 심부층 피질신경세포가 80.7%까지 줄었다. 연구진은 GenX가 세포를 죽이는 것이 아니라 뇌의 성장 과정을 억제한다는 사실을 확인했다고 설명했다.

흥분성과 억제성 시냅스 지표도 감소했다. 흥분성 시냅스 표지자인 VGLUT1은 최대 55.5% 줄었고 주요 시냅스 단백질도 일관되게 감소했다.

다중전극어레이 분석에서는 활성 전극 수와 발화율, 버스트 지속시간·빈도가 모두 감소했다. 신경세포의 자발적 전기활동과 신경망 동기화가 함께 저하됐다는 게 연구진의 설명이다.

연구진은 이번 연구가 동물실험 대신 사람 유래 대뇌 오가노이드를 활용해 발달신경독성을 다각도로 평가했다는 점에서 차세대 대체시험법의 활용 가능성을 제시했다고 밝혔다. 연구 결과는 지난 7월 국제학술지 ‘Materials Today Bio’에 게재됐다.

주저자인 현성애 박사는 “이번 연구는 인간 유래 오가노이드 플랫폼으로 발달신경독성을 다층적으로 평가한 사례”라며 “국제적으로 활용가능한 표준화된 시험체계를 구축해 신규 화학물질의 안전성을 보다 빠르고 정확하게 평가할 수 있도록 연구를 이어가겠다”고 말했다.